(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211084065.X (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正 街174号 (72)发明人 万福　罗智懿　陈伟根　王品一　 杜林　周湶　王有元　 (74)专利代理 机构 北京智绘未来专利代理事务 所(普通合伙) 11689 专利代理师 肖继军 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种微量多组分气体光纤分布式检测方法 及装置 (57)摘要 本发明提供了微量多组分气体光纤分布式 检测方法及装置。 检测方法包括： 待测气体自由 扩散至侧面 打孔空芯光纤的纤芯中； 泵浦光和种 子光从相反方向耦合进入光纤； 待测气体经泵浦 光和种子光共同激发产生第二拉曼增益信号， 泵 浦光在空芯光纤两端的接口熔融石英处依次受 激产生第一和第三拉曼增益信号， 对第一、 第二、 第三受激拉曼增益信号进行探测； 测量第二拉曼 增益信号到达光电探测器的时间， 确定待测气体 的位置； 测量第二拉曼增益信号的强度， 求得待 测气体沿着空芯光纤长度的分布式浓度。 装置包 括： 多个种子激光器、 光开关、 偏振控制器、 隔离 器、 侧面钻孔的空芯反谐振光纤、 环形器、 泵浦光 滤波器、 光电探测器、 泵浦激光器、 光纤接口处的 熔融石英 。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115494046 A 2022.12.20 CN 115494046 A 1.一种微量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特征在于， 该方法用于微量多组分气 体位置和浓度的检测， 包括以下步骤： 步骤1， 待测气体自由扩散 至侧面打孔空芯光纤的纤芯中； 步骤2， 将设定频率的泵浦光和种子光从相反方向耦合进入打孔空芯光纤； 步骤3， 待测气体由设定频率的泵浦光和种子光共同激发产生第二拉曼增益信号， 泵浦 光在空芯光纤两端的接口熔融石英处依 次受激产生第一拉曼增 益信号和第三拉曼增 益信 号， 对第一、 第二、 第三受激拉曼增益信号进行探测； 步骤4， 测量第一、 第三拉曼增益信号到达光电探测器的时间， 实现空芯光纤位置的标 定； 步骤5， 测量第二拉曼增益信号到 达光电探测器的时间， 确定待测气体的位置； 步骤6， 测量第二拉曼增益信号的强度， 求得待测气体的浓度； 所述得到的待测气体浓 度为沿着空芯光纤长度的分布式浓度。 2.根据权利要求1所述的微 量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特 征在于： 在步骤2中， 所述的泵浦激光是脉冲光， 波长不大于532nm； 所述种子光为连续光， 其频 率和泵浦光的频率之差等于待测气体分子振动或转动能级； 所述种子光个数等于待测气体种类。 3.根据权利要求1所述的微 量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特 征在于： 在步骤4中， 将第一拉曼增益信号第一次到 达光电探测器的时间定义 为0时刻。 4.根据权利要求3所述的微 量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特 征在于： 通过依次测量对应气体的第 二拉曼增益信号到达光电探测器的时间t和光速c， 求得各 气体的位置D＝t* c/2， 从而实现待测气体分布式测量。 5.根据权利要求1所述的微 量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特 征在于： 在步骤5中， 光开关用来快速切换种子激光器， 依次实现各单一气体空芯光纤长度的分 布式浓度； 其中， 光开关的切换速度小于 0.5ms。 6.根据权利要求1所述的微 量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特 征在于： 在步骤5中， 所述气体分布式浓度的空间分辨率由空芯光纤侧面打孔密度和泵浦激光 器脉冲宽度共同决定； 所述气体分布式浓度的探测距离由泵浦激光器脉冲频率决定 。 7.一种微量多组分气体光纤分布式检测装置， 所述检测装置采用了如权利要求1 ‑5中 的任一项所述的微 量多组分气体光纤分布式检测方法， 其特 征在于， 该装置包括： 多个种子激光器(1～6)、 光开关(7)、 偏振控制器(8)、 光隔离器(9)、 侧面钻孔的空芯反 谐振光纤(10)、 环形器(11)、 泵浦光滤波器(14)、 光电探测器(12)、 泵浦激光器(13)、 光纤接 口处的熔融石英(15)； 所述种子激光器经光开关、 光纤偏振控制器、 光隔离器及实芯石英光纤， 从打孔空芯反 谐振光纤前端高效耦合进入纤芯； 所述泵浦激光器经环形器及实芯石英光纤从打孔空芯反谐振光纤后端高效耦合进入 纤芯。 8.根据权利要求7 所述的一种微 量多组分气体光纤分布式检测装置， 其特 征在于：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115494046 A 2气体或者接口熔融石英受激斯托克斯拉曼增益信号经光纤环形器、 泵浦光滤波器及实 芯石英光纤， 到 达光电探测器。 9.根据权利要求7 所述的一种微 量多组分气体光纤分布式检测装置， 其特 征在于： 光纤偏振 控制器用来改变种子和泵浦激光的偏振态， 提高受激拉曼增益的强度； 泵浦光滤波器用于残余的泵浦光信号， 使光电探测器测到的全为反 向斯托克斯拉曼增 益信号。 10.根据权利要求7 所述的一种微 量多组分气体光纤分布式检测装置， 其特 征在于： 接口熔融石英由实芯石英光纤与打孔空芯反谐振光纤对接耦合时熔融形成。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115494046 A 3